CN111491564B - 用于生成双能量成像数据的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生成双能量X射线成像数据的装置。描述了相对于所述X射线源定位(210)所述X射线探测器，使得所述X射线源与所述X射线探测器之间的区域的至少一部分是用于容纳对象的检查区域。所述栅格过滤器被定位(220)于所述检查区域与所述X射线源之间。所述X射线源在靶上产生(230)焦斑以产生X射线。所述X射线源在靶的表面在第一方向上移动(240)焦斑。栅格过滤器具有在第一取向上的结构，使得焦斑在第一方向上的移动导致由栅格过滤器透射的X射线的强度的相关变化。所述X射线源在所述靶的表面跨垂直于第一方向的第二方向上移动(250)焦斑。栅格过滤器具有与所述第一取向正交的第二取向上的结构，使得焦斑在所述第二方向上的移动导致由所述栅格过滤器透射的X射线的能谱的相关联的变化。所述X射线探测器探测(260)由所述栅格过滤器透射的至少一些X射线。

Description

用于生成双能量成像数据的装置

技术领域

本发明涉及用于生成双能量成像数据的装置、用于生成双能量成像数据的系统、用于生成双能量成像数据的方法以及计算机程序单元和计算机可读介质。

背景技术

本发明的总体背景是X射线谱计算机断层摄影(CT)领域。在CT系统中，X射线源发出X射线辐射。发射的射线穿过对象或物体位于其中的检查区域，并且由与X射线源相对的探测器阵列探测到。探测器阵列探测穿过检查区域和对象的辐射，并生成投影数据，例如原始探测器数据或投影图像。重建器处理投影数据并且重建对象或物体的体积图像。X射线谱CT是一种扩展常规CT系统的功能的成像模态。双能量(DE)CT，其是谱CT的特定配置，利用在两个不同的能谱上采集的两个衰减值来求解光电和康普顿贡献，其包括材料的质量衰减系数，并且从而通过其光电和康普顿贡献的值来识别未知材料。该方案在诸如碘的材料中特别有效，因为由于光电/康普顿属性，碘可与例如钙区别开。因为两个基函数的任意两个线性独立的加和都跨越了整个衰减系数空间，所以任何材料都可以通过其他两种材料(所谓基材料)(例如水和碘)的线性组合来表示。基础材料图像提供了新的应用，例如单色图像，材料消除图像，有效原子序数图像和电子密度图像。存在几种执行双能量CT采集的方法，例如双源，快速kVp切换以及双层探测器配置。但是，这样的方法可能是昂贵的。同时，诸如患者的身体类的被检查对象不是旋转对称的。例如，通常患者的横截面略呈椭圆形，其前后方向通常比左右方向薄。当机架位于前后(或前后)方向时，可以通过减小X射线通量(等于针对具有设定时间段的采集的X射线强度)来实现剂量节省。但是，在机架旋转的快速时标(几赫兹)上，剂量调制并不容易。由于高压线缆的高电容以及需要对阴极进行热控制，因此改变电流通常太慢。栅格切换是通过静电压紧射束来控制X射线管中射束流的快速方法。理想情况下，可以在几微秒内将全电流切换为零电流。通过改变电子束的占空比，可以进行X射线强度的脉冲宽度调制(PWM)。PWM是一种以快速的方式实现强度调制的灵活方式。然而，这需要昂贵的生成器电子设备，并且并非现场中所有的X射线管都装备了这些电子设备，并且同时方便双能量采集可能会使系统变得过度昂贵。

存在解决这些问题的需要。

发明内容

具有用于生成双能量成像数据的改进的设备将是有利的。

本发明的目的利用独立权利要求的主题来解决，其中，在从属权利要求中并入了另外的实施例。应当注意，本发明的以下描述的方面和示例还适用于用于生成双能量成像数据的设备，用于生成双能量成像数据的系统，用于生成双能量成像数据的方法以及用于计算机程序元素和计算机可读介质。

根据第一方面，提供了一种用于生成双能X射线成像数据的设备，包括：

X射线源；

栅格过滤器；以及

X射线探测器；

X射线源被配置为在靶上产生焦斑以生成X射线。X射线源还被配置为跨靶的表面在第一方向上移动焦斑。所述X射线源还被配置为在所述靶的表面跨垂直于第一方向的第二方向上移动焦斑。所述X射线探测器相对于所述X射线源被定位为使得所述X射线源与所述X射线探测器之间的区域的至少一部分是用于容纳对象的检查区域。所述栅格过滤器被定位于所述检查区域与所述X射线源之间。所述栅格过滤器具有在第一取向上的结构，使得焦斑在第一方向上的移动被配置为导致由栅格过滤器透射的X射线的强度的相关变化。栅格过滤器具有与所述第一取向正交的第二取向上的结构，使得焦斑在所述第二方向上的移动被配置为导致由所述栅格过滤器透射的X射线的能谱的相关联的变化。所述X射线探测器被配置为探测由所述栅格过滤器透射的X射线中的至少一些。

换句话说，所述栅格过滤器被使用以提供强度调制，并且以此方式，当X射线源和探测器关于诸如作为旋转位置的函数不恒定的横截面的物体(例如人体)旋转时，可以调制X射线的强度以匹配穿过目标的深度以优化剂量。这是通过以下方式完成的：将从靶发出X射线的焦斑沿第一方向移动(或者以如下方式移动，在从一个位置移动到另一个位置时电子束焦斑无需打开)，使得现在X射线从与X射线源不同的位置发出并且然后具有穿过栅格过滤器的略微不同路径，由于相关联的移动方向上的栅格过滤器的结构，路径的变化导致整体强度的变化。通过同时(同时，这里指的是例示随着机架旋转，并不一定意味着精确地同时)在正交方向上移动X射线的发射点，栅格过滤器的被构造为使得穿过滤波器的X射线的不同路径与不同的材料相互作用，并且以此方式，X射线的谱可以改变，例如从第一能谱到第二能谱。因此，以此方式，提供了一种双能量装置，其能够在X射线源和X射线探测器关于聚焦在一个方向上间隔开的两个点的焦斑的靶旋转时，能够极其迅速地调制能谱，并且同时，焦斑在正交方向上的较慢运动能够调制X射线束的强度，以便随着穿过对象的厚度变化而优化剂量水平。

以此方式，针对通过在第一方向上移动以将焦斑定位在第一“位置”以获得一强度水平而获得的每个强度水平，可以在第二方向上移动该“位置”处的焦斑以将X射线从一个能谱调制到另一个能量谱，从而提供具有可变强度能力的双能量能力。

换句话说，经由通过将来自X射线源的X射线的发射点在第一方向的移动来实现的穿过栅格过滤器的X射线的通道的改变而提供了调制，其使得射束强度概况取决于角度机架位置而针对患者身体的倒数被调整。这允许最佳强度概况。同时，经由来自X射线源的X射线的发射点在正交于第一方向的第二方向上的移动而实现的X射线穿过栅格过滤器的通的变化而提供了光谱调制，因此这样的情调可以从帧到帧(或从多个帧到多个帧，或者不对称地在给定频谱中的一帧和第二给定频谱中的N帧非对称地实现这种位置变化，例如，1：2；1：3；1：5…)地实现，使得能够在所有角度位置都提供双能量数据集，其中，在第二方向上快速切换焦斑，使得能够在几乎相同的机架角度位置上采集患者的两个不同能谱。

在两个正交方向上控制来自X射线源的X射线的发射点，提供了通过栅格过滤器的X射线射束方向的相关联的变化以提供强度和能谱调制两者是，实现了采集协议的极大的灵活性并且还允许与大多数旧式CT系统兼容的图像采集(换句话说，可以将本装置特征向后适配现有的CT系统)，从而提供了一种高效且经济高效的方式来实现所需的双能量采集剂量水平。

在一个示例中，栅格过滤器具有与在第一方向上的结构相关联的焦距，并且其中，栅格过滤器与X射线源的焦斑之间的距离等于焦距。

以此方式，在焦斑的一个位置处，栅格过滤器具有最大强度，并且在第一方向上的运动导致整个X射线束范围内以及针对所有能量的强度的总体降低。任何能量依赖效应都远小于光谱栅格的能量依赖效应，但是，根据所使用的栅格过滤器的材料特性，可以计算并考虑所使用的能量依赖效应。除了进行计算外，还可以进行随移动的光谱校准。

换句话说，由靠近X射线管的光栅或聚焦的栅格状结构制成的滤波器也可以用于通过利用焦斑在第一方向上的偏转来调制离开该滤波器的X射线通量。偏转可以被使用来以快速且动态的方式与靠近管的光栅或栅格状结构一起调制X射线通量。以此方式，可以通过将栅格状结构放置在非常靠近X射线管的位置(因此，与正常的防散射栅格使用相比，位于患者的另一侧)来改变管的X射线通量。通过使用焦距等于到X射线焦斑距离的聚焦栅格，确保了X射线穿过栅格的透射对于焦斑的所有偏移产生平坦的轮廓。但是，仅对于一个(标称)位置，透射是最大的，并且将焦斑从该位置移开会产生较低的总体透射率。以此方式，它能够以非常快速的方式调节通量，而无需任何机械运动的部件，从而提供与机架旋转时观察到的患者的横截面变化相匹配的快速变化的强度。

在一个示例中，处于第一取向的结构包括彼此间隔开的多个第一薄片。所述第一薄片由第一材料制成，并且其中，所述第一薄片之间的栅格过滤器由第一材料或对X射线相对透明的材料制成。

以此方式，焦斑在第一方向上的移动导致X射线穿过第一材料的不同厚度，并且因此调制了总体强度，并且能谱保持不变，因为仅改变了X射线必须通过的材料的量。如上所述，光谱的任何变化都可以经由计算或校准来解决。

在一个示例中，所述多个第一薄片指向靶上线，使得当所述焦斑聚焦在该线上的位置上时与关于在第一方向上的运动的最大X射线透射相关联。

换句话说，一维光栅或滤波器结构具有从光栅平面延伸出来的薄片，其指向靶上的焦线。当焦斑聚焦在那条线上时，获得强度的局部最大值，这是因为与光栅或栅格过滤器相互作用的X射线平行于薄片传播通过栅格过滤器，其中，大多数X射线与薄片之间较薄的材料(或薄片之间的透明材料)相互作用，其中，X射线的部分与薄片相互作用。然而，焦斑在第一方向上的运动导致X射线现在通过栅格过滤器成角度，使得X射线现在不平行于薄片，因此在第一方向上的运动导致X射线强度的相关联的已知变化。以此方式为不变的能量谱提供强度调制。如上所述，可能发生特定量的硬化，但这是可校正的。

在一个示例中，处于第一取向的结构包括空间变化的吸收概况，具有与多个第一薄片的中心相关联的最小吸收，并且包括与在第一薄片的中心的任一延伸的第一取向的结构相关联的增加的吸收概况。

换句话说，与第一方向上的结构关联的一维光栅具有基本的蝴蝶结吸收概况，可在中心平面提供最大X射线强度，并且随着远离中心平面的移动具有降低的X射线强度，其可以针对固定视角考虑对象(例如人体)在中心处具有最大厚度，其朝着身体边缘变薄。但是，由于身体不是具有圆形横截面的圆柱形，而是具有椭圆形横截面，因此随着观察方向的变化，中心线厚度也会发生变化，并且焦斑的移动会导致蝴蝶结强度倒数的总体强度的变化以维持所需剂量。因此，在一个方向上，栅格过滤器充当动态的蝴蝶结滤波器，使得能够随着焦斑在第一方向上的移动而改变蝴蝶结的强度。同时，通过焦斑在第二正交方向上的移动来提供双能量能力。

在一个示例中，所述空间变化的吸收概况包括所述多个第一薄片中的个体第一薄片的厚度的变化。

在一个示例中，处于第一取向的结构包括彼此间隔开并且与多个第一薄片横向地间隔开的多个另外的薄片。处于第一取向的结构包括空间变化的吸收概况，所述空间变化的吸收概况具有与多个另外的薄片的中心相关联的最小吸收。增加的吸收概况与在所述另外薄片的中心的任一侧延伸的在所述第一取向上的所述结构相关联，所述增加的吸收概况不同于与在所述第一薄片的所述中心的任一侧延伸的在所述第一取向上的结构相关联的增加的吸收概况。

在一个示例中，多个另外薄片指向靶上的一条线，使得当聚焦在该线上的某个位置上时，所述焦斑与关于在第一方向上的运动的最大X射线透射相关联。

换句话说，在第一取向上，栅格过滤器不仅具有与一组薄片相关联的一个动态蝴蝶结，而且在所述第一组薄片的侧面的另一组薄片相关联的第二动态蝴蝶结。以此方式，焦斑在第一方向上的移动可导致与一组薄片相关联的蝴蝶结的强度变化。然后，焦斑在第一方向上的大得多的运动会导致X射线与栅格过滤器的另一组薄片相互作用，以提供第二动态蝴蝶结。例如，一个蝴蝶结可能与与诸如儿童身体的小对象的相互作用相对应，从而提供了跨身体所需的剂量水平，而第二个蝴蝶结可能与与成人身体的相互作用相对应。另外可以以此方式提供第三或第四蝴蝶结。

在一个示例中，所述栅格过滤器具有与在第二取向上的结构相关联的焦距。所述栅格过滤器与X射线源的焦斑之间的距离等于焦距。

以此方式，在所述焦斑的一个位置处，所述栅格过滤器具有最大强度。

在一个示例中，处于第二取向的结构包括彼此间隔开的多个第二薄片。第二薄片由与第一薄片不同的材料制成。

在一个示例中，处于第二取向的结构包括具有不同材料的多个部分，用于不同的基本滤波。

以此方式，当在最大强度下时由源发射的X射线仅通过传播第一材料和第二薄片的不同材料的特定比例并且具有第一能谱。但是，焦斑在第二方向上的移动导致X射线现在也传播过更多的第二薄片的第二材料，并且因此能量谱发生了变化。换句话说，电子束焦斑在第二方向上从第一位置到第二位置的移动使得第一X射线束能够被提供有与第一位置相关联的第一能谱，然后使得第二X射线束被提供有与第二位置相关联的第二能谱。因此，可以有效地提供双能量X射线束，并且同时X射线的发射点在第一方向上的移动使得能够在不改变能谱的情况下改变X射线的强度。

因此，所述第二薄片与所述第一薄片正交。在一个示例中，所述第二薄片堆叠在所述第一薄片之上。在一个示例中，所述第一薄片堆叠在所述第二薄片之上。在一个示例中，所述第一和所述第二薄片基本上定位在同一平面上，在该平面上形成纵横交错的图案，使得第一薄片中的的薄片中的薄片延伸穿过第二薄片中的薄片中的特定薄片，并且反之亦然。

在一个示例中，多个第二薄片在与最大X射线透射相关联的位置时指向焦斑。

换句话说，栅格过滤器具有第二一维光栅或滤波器结构，其被提供有从光栅平面延伸出来的薄片，所述光栅平面指向靶上的焦线，其中，所述靶上的所述焦线正交于与多个第一薄片相关联的焦线。当焦斑聚焦在那条线上时，获得强度的局部最大值，这是因为与光栅或栅格过滤器相互作用的X射线平行于薄片传播通过栅格过滤器，其中，大多数X射线与薄片之间较薄的材料相互作用，其中，X射线的部分与薄片相互作用。因此，X射线将具有特征谱，所述特征谱与穿过第一薄片和所述第一薄片之间的与所述第一薄片相同的材料的透射相关联并且与穿过少量的第二薄片的材料的透射相关联。但是，焦斑在第二方向上的移动导致X射线现在通过栅格过滤器成角度，使得X射线现在不再平行于多个第二薄片，但是与第一薄片的相互作用没有改变，并且因此，通过栅格过滤器的X射线的X射线谱的特征现在在于与穿过第二薄片的材料的增加的透射相关联。因此，焦斑在第二方向上的移动使得能够在两个不同且已知的能谱之间调制由栅格过滤器透射的X射线，从而提供具有强度调制的双能量能力以解决非圆形对称靶几何形状。

根据第二方面，提供了一种用于对对象进行X射线成像的系统，包括：

根据第一方面所述的用于生成双能量X射线成像数据的装置；

处理单元；以及

输出单元。

所述处理单元被配置为控制所述装置，并且被配置为控制所述输出单元。所述X射线探测器被配置为向所述处理单元提供与所述X射线的探测有关的数据。所述输出单元被配置为输出表示所述对象的数据。

根据第三方面，提供了一种用于生成双能X射线成像数据的方法，包括：

a)相对于所述X射线源定位所述X射线探测器，使得所述X射线源与所述X射线探测器之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域；

b)在所述检查区域与所述射线源之间定位栅格过滤器；

c)由X射线源在靶上产生焦斑以产生X射线；

d)由所述X射线源在所述靶的表面上沿第一方向移动所述焦斑；其中，栅格过滤器具有在第一取向上的结构，使得所述焦斑在所述第一方向上的移动导致由所述栅格过滤器透射的X射线的强度的相关变化。

e)由所述X射线源跨所述靶的所述表面在在与所述第一方向正交的第二方向上沿移动所述焦斑；其中，栅格过滤器具有与所述第一取向正交的第二取向上的结构，使得焦斑在所述第二方向上的移动导致由所述栅格过滤器透射的X射线的能谱的相关联的变化；

f)用X射线探测器探测由所述栅格过滤器透射的至少一些X射线。

根据另一方面，提供了一种对如前所述的装置进行控制计算机程序单元，所述计算机程序单元在由处理单元执行时适于执行如前所述的方法的步骤。

根据另一方面，提供了一种存储有如前所述的计算机单元的计算机可读介质。

有利的是，上述任何方面提供的益处同样适用于所有其他方面，并且反之亦然。

参考下文描述的实施例，上述方面和范例将变得显而易见并将得以阐述。

附图说明

下面将参考附图来描述示范性实施例：

图1示出了用于生成双能量成像数据的设备的示例的示意性设置；

图2示出了用于生成双能量成像数据的设备的示例的示意性系统；

图3示出了用于生成双能量成像数据的方法；

图4是表示第一取向的栅格过滤器的结构的示意性示例，其中，X射线的发射位置在第一方向的移动而导致X射线强度的变化；

图5是示出了作为蝴蝶结滤波器的第一取向的栅格过滤器的结构的示意性示例；

图6是表示第一取向的栅格过滤器的结构的示意性示例，其中，X射线的发射位置在第一方向的移动而导致从一个蝴蝶结与另一个蝴蝶结的变化；并且

图7示出了具有1D射束强度调制结构和正交取向的1D射束谱能量调制结构的栅格过滤器的示例。

具体实施方式

图1示出了用于生成双能量X射线成像数据的装置10的示例。装置10包括X射线源20、栅格过滤器30和X射线探测器40。X射线源20被配置为在靶上产生焦斑以产生X射线。X射线源20还被配置为在靶的表面上在第一方向上移动焦斑。所述X射线源20还被配置为跨所述靶的表面在与所述第一方向正交的第二方向上移动所述焦斑。所述X射线探测器40相对于所述X射线源20被定位为使得所述X射线源20与所述X射线探测器40之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域。所述栅格过滤器30被定位于所述检查区域与所述X射线源20之间。栅格过滤器20具有在第一取向上的结构，使得焦斑在第一方向上的移动被配置为导致由栅格过滤器30透射的X射线的强度的相关联的变化。栅格过滤器30还具有与所述第一取向正交的第二取向上的结构，使得焦斑在所述第二方向上的移动被配置为导致由所述栅格过滤器30透射的X射线的能谱的相关联的变化。所述X射线探测器40被配置为探测由所述栅格过滤器透射的X射线中的至少一些。

在一个示例中，在所述栅格过滤器的第一方向上的结构的材料可以是以下任何一种或多种：钼、钨、铅、铝，并且所述栅格过滤器的第二方向上的结构材料可以是以下任意一种或多种：钼、钨、铅、铝、钛、锡(及更多)，但是与在第一方向上的结构的材料具有不同的材料或材料组合，因此在第二方向上的移动导致X射线能量的改变光谱。

在一个示例中，在第二方向上的移动频率大于在第一方向上的移动频率。在一个示例中，在第二方向上的频率比在第一方向上的移动频率大一个数量级。因此，通过在第一方向上的移动而实现的强度调制可以通过相对低频率的移动来实现，其逐渐改变X射线束的强度以匹配被观察对象的变化的厚度。然而，可以在第一方向上进行非常精细的调节以提供强度的准连续变化。因此，运动的保真度与调制频率之间存在联系，与较大的运动相比，更频繁地进行精细调整。同时，在第二方向上的运动，不是导致逐渐变化的运动，而是可以是从第一位置到第二位置的步进运动，然后再次回到第一位置，以便提供具有两个不同的能谱的X射线束。然后可以以非常高的频率来回切换，使得针对两个不同的X射线束围绕对象旋转的机架基本上没有移动，从而提供了双射束成像，从其可以确定对象的材料特征和/或从康普顿散射系数和光电散射系数，以便提供来自X射线设备的额外信息。实际上，在第二方向上的运动可以是从第一位置到第二位置以及到第三位置，其中运动返回到第一位置并且实现运动的重复或其他组合。但是，X射线束在每个位置的能量谱都不同，因此，除了双能量成像外，还可以进行三能量甚至四能量成像，从而可以通过适当处理将更多的材料与其他材料分开。

根据一个示例，所述栅格过滤器具有与在第一取向上的结构相关联的焦距。所述栅格过滤器然后与X射线源的焦斑之间的距离等于焦距。

根据一个示例，处于第一取向的结构包括彼此间隔开的多个第一薄片。第一薄片由第一材料制成，并且所述第一薄片之间的栅格过滤器由第一材料或对X射线相对透明的材料制成。

在一个示例中，通过将栅格过滤器放置在不靠近探测器但靠近X射线源的位置，并使栅格过滤器在第一方向上具有非常短的焦距，所述焦距等于其到X射线源的距离，其能够通过在第一方向上将电子束从其理想的标称位置移开来利用同焦斑在第一方向上移动而产生的均匀透射变化现象来调制通过栅格的X射线通量。为了获得相对较大的透射减少，仅需完成毫米级的小偏差即可。解析公式可以用于计算第一方向上任意移位的透射。

其中，r是栅格的比率(即间隔材料的纵横比)并且f是栅格的标称焦距。对于10的适中栅格比率和100mm的焦距，偏移1mm将使透射率降低10％。

根据一个示例，多个第一薄片指向靶上的一条线，使得当聚焦在该线上的某个位置上时，所述焦斑与关于在第一方向上的运动的最大X射线透射相关联。

根据一个示例，处于第一取向的结构包括空间变化的吸收概况，所述空间变化的吸收概况具有与多个第一薄片的中心相关联的最小吸收。栅格过滤器还具有与延伸到第一薄片中心的任一侧的第一取向上的结构相关联的增加的吸收概况。

在一个示例中，所述空间变化的吸收概况包括所述多个第一薄片之间的材料的厚度的变化。换句话说，栅格过滤器可以在多个第一薄片的中心处变薄并且随着远离多个第一薄片的中心的移动而变厚。

根据一个示例，所述空间变化的吸收概况包括所述多个第一薄片中的个体第一薄片的厚度的变化。

在一个示例中，所述空间变化的吸收概况包括所述多个第一薄片中的个体第一薄片的角度的变化。

根据一个示例，处于第一取向的结构包括彼此间隔开并且与多个第一薄片横向地间隔开的多个另外的薄片。处于第一取向的结构然后包括空间变化的吸收概况，所述空间变化的吸收概况具有与多个另外的薄片的中心相关联的最小吸收。所述栅格过滤器还具有与在第一取向上的结构相关联的增加的吸收概况在另外薄片的中心的任一侧延伸，其不同于与在第一薄片的中心的任一侧延伸的第一取向上的结构相关联的增加的吸收概况。

在一个示例中，所述另外的薄片由第一材料制成，并且所述另外的薄片之间的材料由第一材料或对于X射线相对透明的材料制成。

在一个示例中，关于焦斑到薄片的不同部分(仍是强度栅格)更大的“跳跃”以与不同的蝴蝶结结构相互作用，可能需要一些位置补偿才能关于子段整体移动ASG。以此方式，将ASG调整到焦斑使得能够提供对称的性能。

根据一个示例，多个另外的薄片指向靶上的一条线，使得当聚焦在该线上的某个位置上时，所述焦斑与关于在第一方向上的运动的最大X射线透射相关联。

在一个示例中，所述多个另外的薄片由与所述第一薄片相同的材料制成，并且通过所述另外的薄片的各个薄片的厚度和倾斜角度来提供所需的蝴蝶结吸收概况。

根据一个示例，所述栅格过滤器具有与在第二取向上的结构相关联的焦距。所述栅格过滤器然后与X射线源的焦斑之间的距离等于焦距。

根据一个示例，处于第二取向的结构包括彼此间隔开的多个第二薄片。第二薄片由与第一薄片不同的材料制成。

根据一个示例，所述多个第二薄片在与最大X射线透射相关联的位置时指向焦斑。

图2示出了用于对对象进行X射线成像的系统100的示例。系统100包括用于生成双能量X射线成像数据的设备10，如上面关于图1所述。系统100还包括处理单元110和输出单元120。处理单元110被配置为控制装置10，并且被配置为控制输出单元120。X射线探测器40被配置为向处理单元提供与X射线的探测有关的数据。输出单元120被配置为输出表示对象的数据。

在一个示例中，所述输出单元被配置为输出表示所述对象的所述至少一部分的X射线透射的数据。

在一个示例中，输出单元被配置为输出数据双能量数据。因此，例如，所述系统使得能够从双能量数据生成用于对象的两个基本集合的多能量数据。这两个基础集可以是诸如康普顿数据和光电数据的数据，也可以是针对诸如水和碘的两种材料的数据集。基础集(康普顿，光电，水，碘)可以被视为“基础材料”并且不需要与真实材料相关，而是也可以被视为虚拟材料。然而，对象的感兴趣区域然后可以在多能量域中表示，例如表示为水的一种和或碘的一种的两幅图像，或康普顿散射的一种和光电散射的一种等。以此方式，本系统使得能够获得双能量数据，除了衰减数据之外，还可以从中导出进一步的信息，并且可以以简单的方式进行该操作，其可以与X射线束组合，X射线束的强度被修改为与对象大小相匹配。

图3示出了以基本步骤示出了用于生成双能量X射线成像数据的方法200。方法200包括：

在定位步骤210中，也称为步骤a)，相对于所述X射线源定位所述X射线探测器，使得所述X射线源与所述X射线探测器之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域；

在定位步骤220中，也称为步骤b)，在检查区域与X射线源之间定位栅格过滤器。

在产生步骤230中，也称为步骤c)，由X射线源在靶上产生焦斑以产生X射线；

在移动步骤240中，也称为步骤d)，由X射线源使焦斑在靶表面上沿第一方向移动；其中，栅格过滤器具有在第一取向上的结构，使得所述焦斑在所述第一方向上的移动导致由所述栅格过滤器透射的X射线的强度的相关变化。

在移动步骤250中，也称为步骤e)，由射线源在靶的表面在与所述第一方向正交的第二方向上移动焦斑；其中，栅格过滤器具有与所述第一取向正交的第二取向上的结构，使得焦斑在所述第二方向上的移动导致由所述栅格过滤器透射的X射线的能谱的相关联的变化；

在探测步骤260中，也称为步骤f)，用X射线探测器探测由栅格过滤器透射的至少一些X射线。

在一个示例中，可以在栅格过滤器后面放置其他探测器，以有效地测量参考信号以检查第一方向和第二方向上的位置是否正确，以及目标射束外部的衰减和光谱过滤是否与目标射束所需的一致。在效果上，这提供了经由适当校准提供的性能检查。

在一个示例中，栅格过滤器具有与在第一方向上的结构相关联的焦距，并且其中，步骤b)包括使栅格过滤器与X射线源的焦斑间隔开等于焦距的距离。

在一个示例中，处于第一取向的结构包括彼此间隔开的多个第一薄片，并且其中，所述第一薄片由第一材料制成，其中，所述第一薄片之间的栅格过滤器由第一材料或对X射线相对透明的材料制成。

在一个示例中，多个第一薄片指向靶上的一条线，使得当聚焦在该线上的某个位置上时，所述焦斑与关于在第一方向上的运动的最大X射线透射相关联。

在一个示例中，处于第一取向的结构包括空间变化的吸收概况，具有与多个第一薄片的中心相关联的最小吸收，并且包括与在第一薄片的中心的任一延伸的第一取向的结构相关联的增加的吸收概况。

在一个示例中，所述空间变化的吸收概况包括所述多个第一薄片中的个体第一薄片的厚度的变化。

在一个示例中，处于第一取向的结构包括彼此间隔开并且与多个第一薄片横向地间隔开的多个另外的薄片，并且其中，处于第一取向的结构包括空间变化的吸收概况，所述空间变化的吸收概况具有与多个另外的薄片的中心相关联的最小吸收。增加的吸收概况与在所述另外薄片的中心的任一侧延伸的在所述第一取向上的所述结构相关联，所述增加的吸收概况不同于与在所述第一薄片的所述中心的任一侧延伸的在所述第一取向上的结构相关联的增加的吸收概况。

在一个示例中，多个另外薄片指向靶上的线，使得当聚焦在该线上的位置上时，所述焦斑与关于在第一方向上的运动的最大X射线透射相关联。

在一个示例中，栅格过滤器具有与在第二取向上的结构相关联的焦距，并且其中，栅格过滤器与X射线源的焦斑之间的距离等于焦距。

在一个示例中，处于第二取向的结构包括彼此间隔开的多个第二薄片，并且其中，所述第二薄片由与所述第一薄片不同的材料制成。

在一个示例中，所述多个第二薄片在与最大X射线透射相关联的位置时指向焦斑。

现在将结合图4-7更详细地描述用于生成双能量成像数据的装置、系统和方法的不同元件的示例。

图4示意性地示出了在第一方向上的栅格过滤器的结构。栅格过滤器的这种结构被放置在X射线源与患者之间靠近X射线源的出射窗的位置。在该取向上的栅格过滤器的结构具有一维栅格或类似栅格的结构，所述结构由一系列薄片构成，这些薄片与X射线源的焦斑成角度；其中电子被聚焦到阳极的靶表面上，并且从所述靶表面发出X射线。当焦斑位于此对齐位置时，通过该栅格过滤器的1D结构的透射率最大。然而，焦斑的移动，例如通过在侧向移位的位置处重新聚焦，导致X射线现在倾斜穿过薄片并导致X射线强度下降，因为在该取向上的栅格过滤器具有较低的透射率。这在图4中示出。因此，由靠近X射线管的光栅或聚焦的栅格状结构构成的栅格过滤器可用于通过使用焦斑的X偏转来调制离开该滤波器的X射线通量。大多数电流管都具有使电子点撞击阳极的装置。该运动通常用于规避图像重建中的特定问题。通过使用不需要这种偏转的重建算法，所述偏转可以被使用来以快速且动态的方式与靠近管的光栅或栅格状结构一起调制X射线通量。因此，通过将栅格状结构放置在离X射线管非常近的位置上(因此与常规防散射栅格使用相比，位于患者的另一侧)，有了能够改变射线管X射线通量的新方法，并且通过使用焦距等于到X射线焦斑距离的聚焦栅格，可以确保X射线通过栅格的透射对于焦斑在该方向上的所有偏移产生平坦的轮廓。但是，仅对于一个(标称)位置，透射率最大，并且在垂直于薄片的方向上将焦斑从该位置移开会导致较低的总体透射率。这样，当焦斑从垂直于薄片方向的理想位置移开时，透射率均匀降低，以通过电子控制电子束远离其理想标称位置来调制通过栅格的X射线通量。以此方式，X射线通量(强度)可以以非常快的方式变化(调制)，而无需任何机械运动部件，并且可以在大多数现有的CT系统中使用。还应注意的是，仅利用这种一维结构，焦斑在正交方向上的移动不会导致滤波器透射率的变化，因为X射线穿过薄片的角度相同。

回想一下，在当前系统中，当CT扫描仪围绕患者旋转时，患者的横截面不是恒定的，而是有些椭圆形。对于腹部成像，在AP或PA投影中，患者通常比侧面投影中的患者瘦。在当前的CT系统中，以最具挑战性的投影具有足够的SNR的方式控制X射线通量，因此每个投影都可用于重建，而对于AP和PA投影，SNR优于最低要求，并且如果减少这些投影中的X射线通量，则可以节省剂量。在当前系统中，由于CT系统的高旋转频率，很难以所需的速度和精度来更改X射线通量。通常，X射线通量受灯管中电子束电流的控制，所述电流取决于阴极的温度，略微取决于加速电压(取决于灯管的确切设计)。阴极的温度由电流控制，所述电流被叠加在大多数X射线阴极所处的高压上。在当前的系统中，由于电压电缆的高电容，难以快速地切换阴极电流。除此之外，阴极需要花费一些时间来加热或冷却，因此以此方式改变电子束电流本质上是缓慢的。近来，可以在管中引入静电孔口(所谓的快速管栅格开关GS)，其可以快速地接通或断开电子束电流。以此方式，可以通过脉冲宽度调制来控制平均射束电流。但是，这是昂贵的解决方案，需要额外的电缆和高压电源。因此，所述解决方案仅限于高端CT X射线管。

然而，不需要具有上面关于图4所讨论的1D结构的栅格过滤器的昂贵的硬件修改，而是使用了非常容易制造的栅格状结构，其可以廉价地生产，并且具有许多(CT)X射线管中关于阳极略微移动X射线焦斑的能力。然后，这使得能够调制通过患者的X射线通量(X射线强度)。可以使用能够使X射线焦斑更大移动的其他X射线管。

如图4所示，在栅格过滤器的这种方向上继续采用1D结构，在间隔材料之间，放置由铅、钨或钼制成的薄片，使薄片全部指向一个点或在空间中排成一行。如果此点在有限距离内，则此组合将生成聚焦栅格。栅格可以具有盖板，以保护脆弱的薄片叠层免受物理伤害和/或湿气。可以使用堆叠过程来生产栅格，每个薄片的定位非常精确，并且然后粘贴到已经存在的堆叠上。以此方式用现代生产装备，可以生产具有各种参数(例如线对/cm，比率或焦距)的栅格。通过将该1D光栅结构靠近X射线管放置，最好在准直仪内部或正下方，当焦斑稍微移动时，可以实现透射率的急剧降低。当一维光栅结构具有足够的比率(＝吸收X射线的薄层之间的间隔材料的长宽比)时，可以提供此功能，使得进入患者的X射线通量能够发生变化(调制)。

图5示意性地示出了与关于图4讨论的栅格过滤器的1D结构有关的更多细节。1D结构的吸收概况实际上具有蝴蝶结轮廓。以此方式，除了能够通过焦斑的移动均匀地改变整个X射线束的强度(如关于图4所讨论的那样)之外，X射线束的中心具有比边缘更高的强度。以匹配人体的横截面。这是通过使薄片之间的下层结构具有适当的吸收概况来实现，在中心较少吸收，向两侧吸收增加和/或更改薄片厚度，随着远离中心的厚度增加和/或使薄片成角度，使得它们不会全部指向标称最大位置处的焦斑，从而使朝向边缘的吸收增加。

因此，参考图4-5，栅格过滤器的1D结构提供了动态的蝴蝶结能力，其中蝴蝶结吸收概况能够被强度调制。

此外，患者的体型大小不同，例如，小孩的胸部比大男子的胸部小。因此，如图6中所示，所述方向上的栅格过滤器的结构不仅具有1D动态蝶形结构，而且具有彼此叠置的多于一个的结构。焦斑的小的移动可实现针对特定蝴蝶结的强度调制，例如针对成年人优化的蝴蝶结。然后，当检查小孩时，焦斑较大的移动可用于利用针对儿童优化的不同蝴蝶结。为此，蝴蝶结的小移动可用于以与上述相同的方式调节儿童蝴蝶结的强度。

但是，如果提供了双能量数据集，则可以通过X射线检查提供更多的诊断信息。因此，如图7所示，栅格过滤器具有与第一1D结构正交的第二1D结构。为了简单起见，第一1D结构可以被称为光束调制栅格，第二1D结构可以被称为光谱栅格过滤器。频谱栅格过滤器类似于光束调制栅格，它是由薄片制成的，但是与第一薄片的材料不同。因此，如上所述，当焦斑在第一方向上移动时，光束强度存在均匀变化，其中该X射线束具有第一能谱。然而，焦斑可以在垂直于光谱栅格过滤器的薄片的方向上移动，这导致能谱的变化。以此方式，当机架围绕患者旋转时，强度可以以可能的低频逐渐地调节，以匹配患者的旋转非对称轮廓。但是，从一个采集帧到下一采集帧，焦斑可以在该第二方向上从第一位置移动到第二位置，然后反复地移回到第一位置。以此方式，尽管在采集之间有很小的旋转运动，但在每个视角下，都已采集了双能量数据，从中可以将所得图像反卷积为重要的基础集。因此，强度调制可以以Hz、数十Hz或几百Hz的频率进行，而频谱调制可以以5kHz、10kHz左右的频率进行。也可能存在这样的情况：一帧不使用任何滤波，并且然后以较高的滤波率获得2、3、4或5后续帧。

因此，栅格过滤器具有针对动态蝴蝶结功能进行了优化并且与在一个方向上控制的缓慢变化的焦斑位置对齐的第一栅格。栅格过滤器还具有位于第一栅格顶部(或底部)的第二栅格，所述第二栅格被旋转并且主要设计为谱滤波器。然后，焦斑在正交方向上的移动将控制通过滤波器薄片的路径或直接未经滤波的路径，以提供两个不同的X射线束能谱。由于两个元件的旋转和对齐堆叠，可以对快速光谱调制进行强度调制(慢速)的独立控制。

如上所述，两个栅格的薄片结构都可以用箔堆叠技术生产。然后，为了将两个栅格连接到堆叠栅格，某些薄片(每个第x薄片)的延伸将是与另一个栅格的机械交叉点，所述栅格插入切成小方块的槽中，然后将其粘在一起或焊接在一起。增材制造技术还可以实现复杂的结构，例如将2个栅格固定在框架中，或者仅将2个单独层围绕在简单的框架上，然后通过机械精细定位的元素进行粘合或固定在确定的位置。具有通过激光烧结的铅或钨或钼等X射线吸收材料的单独3D打印框架是一项可用于构建箔堆叠薄片的框架的技术。

在另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，其被配置为在合适的系统上执行根据前述实施例中的一个的方法的方法步骤。

计算机程序单元因此可以存储在计算单元上，其也可以是实施例的一部分。该计算单元可以被配置为执行上述方法的步骤或引起上述方法的步骤的执行。此外，其可以被配置为操作上述装置和/或系统的部件。计算单元可以被配置为自动操作和/或执行用户的命令。计算机程序可被加载到数据处理器的工作存储器中。数据处理器因此可以被配备为执行根据前述实施例中的一项的方法。

本发明的该示范性实施例覆盖正好从开始就使用本发明的计算机程序以及借助于更新而将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。

另外，计算机程序单元可以能够提供所有必要的步骤来完成如以上所描述的方法的示范性实施例的流程。

根据本发明的另一范例性实施例，提出了一种计算机可读介质，诸如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有存储在其上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前一部分所描述。

计算机程序可以存储和/或分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起被提供或作为其他硬件的部分被提供的光学存储介质或固态介质，但是计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他的有线或无线的电信系统分布。

然而，计算机程序也可以通过如万维网的网络来提供并且可以被从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另外的示范性实施例，提供了一种用于使得计算机程序单元可供下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行本发明的先前描述的实施例中的一个。

必须指出，本发明的实施例参考不同主题进行描述。尤其地，一些实施例是参考方法型权利要求来描述的，而其他实施例是参考设备型权利要求来描述的。然而，本领域技术人员以上和以下描述可以得出，除非另行指出，除了属于同一类型的主题的特任的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本申请公开。然而，所有特征能够被组合，提供超过所述特征的简单加和的协同效应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及从属权利要求，在实践请求保护的本发明时能够理解并且实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互相不同的从属权利要求中列举了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于生成双能量X射线成像数据的装置(10)，包括：

X射线源(20)；

栅格过滤器(30)；

X射线探测器(40)；

其中，所述X射线源被配置为在靶上产生焦斑以产生X射线；

其中，所述X射线源被配置为跨所述靶的表面在第一方向上移动所述焦斑；

其中，所述X射线源被配置为跨所述靶的所述表面在与所述第一方向正交的第二方向上移动所述焦斑；

其中，所述X射线探测器相对于所述X射线源被定位为使得所述X射线源与所述X射线探测器之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域；

其中，所述栅格过滤器被定位在所述检查区域与所述X射线源之间；

其中，所述栅格过滤器具有处于第一取向上的结构，使得所述焦斑在所述第一方向上的移动被配置为导致由所述栅格过滤器透射的X射线的强度的相关联的变化；

其中，所述栅格过滤器具有处于与所述第一取向正交的第二取向上的结构，使得所述焦斑在所述第二方向上的移动被配置为导致由所述栅格过滤器透射的X射线的能谱的相关联的变化；并且

其中，所述X射线探测器被配置为探测由所述栅格过滤器透射的所述X射线中的至少一些。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述栅格过滤器具有与处于所述第一取向上的所述结构相关联的焦距，并且其中，所述栅格过滤器与所述X射线源的所述焦斑之间间隔开等于焦距的距离。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，处于所述第一取向的所述结构包括彼此间隔开的多个第一薄片，并且其中，所述第一薄片由第一材料制成，并且其中，所述第一薄片之间的所述栅格过滤器由所述第一材料或对X射线相对透明的材料制成。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述多个第一薄片指向所述靶上的线，使得所述焦斑当聚焦在该线上的位置上时与关于在所述第一方向上的移动的最大X射线透射相关联。

5.根据权利要求3所述的装置，其中，处于所述第一取向的所述结构包括如下的空间变化的吸收概况：具有与所述多个第一薄片的中心相关联的最小吸收和与在所述第一薄片的所述中心的任一侧延伸处于所述第一取向的所述结构相关联的增加的吸收概况。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述空间变化的吸收概况包括所述多个第一薄片中的个体第一薄片的厚度的变化。

7.根据权利要求5-6中的任一项所述的装置，其中，处于所述第一取向的所述结构包括彼此间隔开并且与所述多个第一薄片横向地间隔开的多个另外的薄片，并且其中，处于所述第一取向的所述结构包括如下的空间变化的吸收概况：具有与所述多个另外的薄片的所述中心相关联的最小吸收和与在所述另外的薄片的中心的任一侧延伸的处于所述第一取向上的所述结构相关联的增加的吸收概况，所述增加的吸收概况不同于与在所述第一薄片的所述中心的任一侧延伸的处于所述第一取向上的结构相关联的增加的吸收概况。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述多个另外的薄片指向所述靶上的线，使得所述焦斑当聚焦在该线上的位置上时与关于在所述第一方向上的移动的最大X射线透射相关联。

9.根据权利要求1-6中的任一项所述的装置，其中，所述栅格过滤器具有与处于所述第二取向上的所述结构相关联的焦距，并且其中，所述栅格过滤器与所述X射线源的所述焦斑之间间隔开等于焦距的距离。

10.根据权利要求3-6中的任一项所述的装置，其中，处于所述第二取向的所述结构包括彼此间隔开的多个第二薄片，并且其中，所述第二薄片由与所述第一薄片不同的材料制成。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述多个第二薄片在与最大X射线透射相关联的位置时指向所述焦斑。

12.一种用于对对象进行X射线成像的系统(100)，包括：

根据任一前述权利要求所述的用于生成双能量X射线成像数据的装置(10)；

处理单元(110)；以及

输出单元(120)；

其中，所述处理单元被配置为控制所述装置，并且被配置为控制所述输出单元；

其中，所述X射线探测器被配置为向所述处理单元提供与对所述X射线的所述探测有关的数据；

其中，所述输出单元被配置为输出表示所述对象的数据。

13.一种用于生成双能量X射线成像数据的方法(200)，包括：

a)相对于X射线源定位(210)X射线探测器，使得所述X射线源与所述X射线探测器之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域；

b)将栅格过滤器定位(220)在所述检查区域与所述射线源之间；

c)由所述X射线源在靶上产生(230)焦斑以产生X射线；

d)由所述X射线源跨所述靶的表面在第一方向上移动(240)所述焦斑；其中，所述栅格过滤器具有处于第一取向上的结构，使得所述焦斑在所述第一方向上的移动导致由所述栅格过滤器透射的X射线的强度的相关联的变化；

e)由所述X射线源跨所述靶的所述表面在与所述第一方向正交的第二方向上移动(250)所述焦斑；其中，栅格过滤器具有处于与所述第一取向正交的第二取向上的结构，使得所述焦斑在所述第二方向上的移动导致由所述栅格过滤器透射的X射线的能谱的相关联的变化；

f)利用所述X射线探测器探测(260)由所述栅格过滤器透射的X射线中的至少一些。

14.一种用于生成双能量X射线成像数据的装置，包括：

用于相对于X射线源定位(210)X射线探测器，使得所述X射线源与所述X射线探测器之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域的单元；

用于将栅格过滤器定位(220)在所述检查区域与所述射线源之间的单元；

用于由所述X射线源在靶上产生(230)焦斑以产生X射线的单元；

用于由所述X射线源跨所述靶的表面在第一方向上移动(240)所述焦斑的单元；其中，所述栅格过滤器具有处于第一取向上的结构，使得所述焦斑在所述第一方向上的移动导致由所述栅格过滤器透射的X射线的强度的相关联的变化；

用于由所述X射线源跨所述靶的所述表面在与所述第一方向正交的第二方向上移动(250)所述焦斑的单元；其中，栅格过滤器具有处于与所述第一取向正交的第二取向上的结构，使得所述焦斑在所述第二方向上的移动导致由所述栅格过滤器透射的X射线的能谱的相关联的变化；

用于利用所述X射线探测器探测(260)由所述栅格过滤器透射的X射线中的至少一些的单元。

15.一种计算机可读介质，其存储有用于控制根据权利要求1-11中的任一项所述的装置和/或用于控制根据权利要求12所述的系统的程序单元，该程序单元当被处理器执行时被配置为执行如下步骤：

a)相对于X射线源定位(210)X射线探测器，使得所述X射线源与所述X射线探测器之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域；

b)将栅格过滤器定位(220)在所述检查区域与所述射线源之间；

c)由所述X射线源在靶上产生(230)焦斑以产生X射线；

d)由所述X射线源跨所述靶的表面在第一方向上移动(240)所述焦斑；其中，所述栅格过滤器具有处于第一取向上的结构，使得所述焦斑在所述第一方向上的移动导致由所述栅格过滤器透射的X射线的强度的相关联的变化；

e)由所述X射线源跨所述靶的所述表面在与所述第一方向正交的第二方向上移动(250)所述焦斑；其中，栅格过滤器具有处于与所述第一取向正交的第二取向上的结构，使得所述焦斑在所述第二方向上的移动导致由所述栅格过滤器透射的X射线的能谱的相关联的变化；

f)利用所述X射线探测器探测(260)由所述栅格过滤器透射的X射线中的至少一些。

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